关键词:
生态系统服务价值
土地利用规划
城市化
不确定性
摘要:
自改革开放以来,中国的城市化经历了前所未有的快速发展。城市化推动中国经济取得了举世瞩目的巨大成就,同时也造成了诸多严重的环境、生态问题。在城市扩张的过程中,大量的农业用地如耕地、园地和生态用地如林地和草地被城市建设用地所侵占。土地滥用现象普遍存在,导致土地资源浪费,后备土地资源严重不足。作为人类生活的载体,土地生态系统不仅为人类的生产,消费提供了一系列原材料和物质基础,而且提供了诸如气候调节,废物处理,水土保持,娱乐休闲,观光旅游等一系列不可替代的非物质性服务。然而,由于城市化过程中粗放的土地利用模式,导致土地生态系统不断降级,所提供的生态系统服务逐年减少。虽然将生态系统服务价值纳入土地利用决策中的重要性已得到广泛的认知,但将生态系统服务价值纳入到土地利用规划和管理中的方法严重不足。鉴于此,本文主要进行了以下几个方面的研究:从土地生态系统所提供的生态服务的角度出发,利用生态系统服务价值评估理论,评估了不同土地生态系统所提供的生态服务的价值。然后将其纳入到土地利用规划中,建立数学模型,优化土地利用结构,实现土地生态价值最大化。具体而言,本文首先建立了灰色预测模型,预测了土地利用的变化,并检验了预测模型的可靠性。然后根据所建模型的预测结果,构建灰参数线性规划模型进行土地利用结构优化。最后,将所建立的模型应用在实例研究中,以验证所提出方法在土地利用规划中的可行性和适用性。本文比较分析了优化的土地利用结构与政府土地利用规划的优劣。分析了不同土地利用方案对生态系统服务价值的影响。结果表明,将灰色预测模型与灰参数线性规划结合起来进行土地利用规划是一种有效的方法。优化后的土地利用结构与政府的规划相比,可以增加生态用地如林地、园地和草地的面积,也可以增加土地生态系统所提供的生态系统服务的价值。从而有利于维持地区生态系统的完整性和生态系统组成成分的稳定性。从土地利用综合效益的角度出发,为解决快速城市化下偏重土地利用的经济效益而造成土地利用结构不平衡的问题,本文综合考虑了土地利用的经济效益、社会效益和生态效益,建立了多目标的土地利用规划模型。同时,为处理土地利用规划中的不确定因素,本文将模糊规划和多目标规划结合起来并纳入到一个优化框架中,建立了模糊多目标线性规划(FMLP)模型,并且简化了模型的求解过程,提高了模型的可行性。最后选取了一个典型的地区-武汉市作为实例,将模型应用在武汉市的土地利用规划的研究中。结果表明,与政府制定的土地利用规划相比,优化的土地利用结构在增加土地利用的经济效益和生态效益中优势明显。本研究所建立的模型不仅可以实现不同土地利用类型的社会效益、经济效益和生态效益的整合,也能够处理土地优化过程中的一些不确定性因素。因此,FMLP模型是土地利用规划中一种有效的方法,可以应用在土地利用结构不平衡的城市或地区,以优化土地资源配置。基于前面的研究,为协调经济系统和自然生态系统之间的土地资源配置,本文将经济系统和自然生态系统耦合为一个复合系统,进行土地资源优化配置研究。为处理规划过程中大量的不确定性因素,以及分析不同的政策情景,本文根据系统工程理论,建立了模糊两阶段随机规划(FTSP)模型,并且提出用模糊函数排序法处理模糊集,该方法可以减少传统模糊集求解方法中附加变量和约束的数量,从而简化模型求解过程,增强模型的可行性。最后,本文选择了一个经济发展与自然生态系统失衡的地区-武汉市,作为案例,应用FTSP模型进行武汉市所有工业园区和湿地生态系统之间土地资源可持续利用的规划研究。本文引入了土地交易作为一种生态补偿机制来平衡经济系统和自然生态系统之间土地资源的分配,考虑了一系列工业污染物的排放,也考虑了一系列生态环境因素如降雨径流系数、湿地保湿系数、植被覆盖率等。此外,本文将生态系统服务价值评估纳入到优化过程中,评估了11种生态系统服务的价值。根据不同的污水排放标准,设置了五种减排方案,分析了不同的政策情景下,工业结构、经济效益、生态系统服务价值、环境成本和废水排放之间的关系。结果表明,FTSP模型是经济-自然复合系统土地可持续利用规划中一种有效的方法,它不仅可以处理规划过程中的不确定性和随机性,也能够分析当预期目标被违反时,不同的经济处罚变化的情景。研究结果也表明,土地交易是一种有效的生态补偿方式,它有助于将不同土地利用模式的外部性内部化,从而有效地抑制过度开发活动。此外,研究结果也为该地区的工业发展和湿地生态系统保护提供了一些现实启示和实际建议。总之,本文在中国快速城市化的背景下,响应国家生态文明建设的重大战略要求,从节约土地资源,保护生态环境的角度出发,评估土地生态系统所提供的生态服务价值,并将土地的生态价值纳入到土地综合效益的评估中,进行土地利用规划研究。本文从不同的角度,建立数学模型,优化土地利用结构,实现土地资源的最优配置。以平衡